節(jié)氣門位置傳感器失效對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)性能影響的試驗(yàn)研究

王光正

摘 要： 汽車傳感器是發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入裝置，作為其不可或缺的元器件，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。它把汽車運(yùn)行中各種工況信息，如車速、各種介質(zhì)的溫度、發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工況等進(jìn)行實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、迅速的測(cè)量，轉(zhuǎn)化成電信號(hào)輸給發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，控制發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳工作狀態(tài)，提供最佳工作性能。

發(fā)動(dòng)機(jī)不同傳感器在失效情形下對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)或整車的性能會(huì)帶來(lái)不同程度的影響，本文重點(diǎn)研究發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門位置傳感器失效對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能帶來(lái)的影響，為發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能方面的故障診斷、傳感器性能研究等方面提供理論指導(dǎo)和數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：節(jié)氣門位置傳感器 失效 動(dòng)力性能

中圖分類號(hào)：U463.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）04-0283-01

一直以來(lái)，人們?yōu)榱俗非笃嚨膭?dòng)力、安全及環(huán)保性，不斷地在汽車上運(yùn)用各種新技術(shù)、新材料、新工藝。以傳感器作為關(guān)鍵裝置的各類電控技術(shù)被廣泛地運(yùn)用于提高汽車的各種性能。汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源，是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，它對(duì)汽車各系統(tǒng)正常工作及發(fā)動(dòng)機(jī)性能起到非常重要的作用。

一、發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)概述

發(fā)動(dòng)機(jī)電子控制系統(tǒng)由傳感器、電控單元、執(zhí)行器及相應(yīng)的線束組成。傳感器收集發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的各種信號(hào)參數(shù)傳給電控單元，電控單元經(jīng)過(guò)運(yùn)算、分析和處理后發(fā)出控制指令給各執(zhí)行器，執(zhí)行器進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。

發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）通過(guò)對(duì)絕對(duì)壓力傳感器、空氣流量計(jì)及節(jié)氣門位置傳感器的信號(hào)計(jì)量空氣流量，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量和轉(zhuǎn)速計(jì)算出基本噴油持續(xù)時(shí)間，同時(shí)利用其他各種傳感器檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水溫度、進(jìn)氣溫度等與發(fā)動(dòng)機(jī)工況有關(guān)的參數(shù)，再通過(guò)計(jì)算后對(duì)基本噴油持續(xù)時(shí)間進(jìn)行修正，從而確定最佳噴油持續(xù)時(shí)間，達(dá)到精確控制噴油量的目的，從而控制發(fā)動(dòng)機(jī)的工作。

二、節(jié)氣門位置傳感器的作用及工作原理

節(jié)氣門位置傳感器用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門的開度，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給發(fā)動(dòng)機(jī)ECU（電控單元），作為ECU判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況和決定噴油量的主要依據(jù)。常見的有開關(guān)型、線型可變電阻型、霍爾效應(yīng)式等，豐田1ZR—FE發(fā)動(dòng)機(jī)采用霍爾效應(yīng)式。該節(jié)氣門位置傳感器安裝在節(jié)氣門體總成上，使用霍爾效應(yīng)元件，能在極端的行駛條件下，例如高速以及極低車速下，也能生成精確的信號(hào)。節(jié)氣門位置傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

節(jié)氣門位置傳感器有兩個(gè)傳感器電路VTA1和VTA2，各傳送一個(gè)信號(hào)。VTA1用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門開度，VTA2用來(lái)檢測(cè)VTA1的故障，這也是冗余設(shè)計(jì)。傳感器信號(hào)電壓與節(jié)氣門開度成比例，在0V和5V之間變化，并且傳送至ECU的VTA端子。當(dāng)節(jié)氣門關(guān)閉時(shí)，傳感器輸出電壓降低，當(dāng)節(jié)氣門開啟時(shí)，傳感器輸出電壓升高。ECU根據(jù)這些信號(hào)來(lái)計(jì)算節(jié)氣門開度并響應(yīng)駕駛員輸入來(lái)控制節(jié)氣門執(zhí)行器。這些信號(hào)同時(shí)也用來(lái)計(jì)算空燃比修正值、功率提高修正值和燃油切斷控制。

當(dāng)節(jié)氣門位置傳感器出現(xiàn)故障后，電腦為了保證車輛可以行駛到修理廠或維修站，啟動(dòng)失效保護(hù)功能，若該傳感器失效則進(jìn)入失效保護(hù)狀態(tài)，電腦采用開度失效保護(hù)值為16%，表示開度角度為6度。發(fā)動(dòng)機(jī)不受駕駛員控制，根據(jù)電腦內(nèi)存控制發(fā)動(dòng)機(jī)按一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)可以在不正常情況下工作。

三、節(jié)氣門位置傳感器失效對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力性能影響試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)所用車輛為豐田凱美瑞轎車、行駛里程80000Km、手動(dòng)檔轎車，汽車技術(shù)條件正常。主要試驗(yàn)設(shè)備為BOSCH汽車電腦故障診斷儀FSA740、賽霸4000型底盤測(cè)功機(jī)。發(fā)動(dòng)機(jī)分別在怠速、2000r/min中小負(fù)荷（空擋）運(yùn)行過(guò)程中，觸發(fā)節(jié)氣門位置傳感器斷路故障，發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入失效控制模式運(yùn)行；測(cè)試節(jié)氣門傳感器失效情形下發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)和底盤輸出功率的變化。

試驗(yàn)過(guò)程：汽車熱車后，發(fā)動(dòng)機(jī)分別在怠速運(yùn)行一段時(shí)間，隨后在2000r/min時(shí)觸發(fā)節(jié)氣門位置傳感器斷路故障，使用故障診斷儀監(jiān)測(cè)到的發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)流如圖2所示。通過(guò)數(shù)據(jù)流動(dòng)態(tài)圖可以觀察到，發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，隨著節(jié)氣門位置變化，其他主要指數(shù)數(shù)據(jù)都隨之動(dòng)態(tài)變化，當(dāng)節(jié)氣門信號(hào)發(fā)生斷路時(shí)，其信號(hào)線突然躍升數(shù)倍并處于一恒定值不變，系統(tǒng)啟動(dòng)失效控制模式。

節(jié)氣門位置傳感器用來(lái)檢測(cè)節(jié)氣門的開度，并把它轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給ECU，作為ECU判斷發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況和決定噴油量的主要依據(jù)。當(dāng)節(jié)氣門位置傳感器出現(xiàn)故障后，電腦為了保證車輛可以行駛到修理廠或維修站，啟動(dòng)失效保護(hù)功能，若該傳感器失效則進(jìn)入失效保護(hù)狀態(tài)，電腦采用開度失效保護(hù)值為16%，表示開度角度為6度。發(fā)動(dòng)機(jī)不受駕駛員控制，節(jié)氣門維持一定的機(jī)械開度，根據(jù)電腦內(nèi)存程序控制發(fā)動(dòng)機(jī)按一定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

節(jié)氣門位置傳感器失效后（節(jié)氣門體整體失效），在底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行底盤測(cè)功試驗(yàn)時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速只能達(dá)到3000r/min，車速達(dá)到35km/h，無(wú)法測(cè)出底盤功率輸出曲線。當(dāng)單獨(dú)的節(jié)氣門傳感器輸出信號(hào)失效后，測(cè)得的汽車底盤輸出功率如圖3所示。

綜合分析：綜合數(shù)據(jù)流和底盤功率輸出等方面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，節(jié)氣門體上集怠速、電子油門、節(jié)氣門位置、驅(qū)動(dòng)防滑等綜合控制功能為一體，整體失效會(huì)對(duì)汽車正常運(yùn)行造成很大困難。當(dāng)只是節(jié)氣門位置傳感器失效時(shí)，會(huì)造成怠速或無(wú)負(fù)荷情況下轉(zhuǎn)速稍微上升，發(fā)動(dòng)機(jī)處于高怠速狀態(tài)，加速反應(yīng)遲緩，啟動(dòng)稍微有抖動(dòng)、功率急劇下降直至熄火等現(xiàn)象，最大扭矩只能達(dá)到原來(lái)的30%左右，最大功率只達(dá)到13%左右。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，當(dāng)汽車出現(xiàn)啟動(dòng)困難，怠速過(guò)高，加速無(wú)力（加速過(guò)程中伴隨轉(zhuǎn)速無(wú)法提升）等故障現(xiàn)象時(shí)，可主要檢測(cè)節(jié)氣門位置傳感器故障性能是否正常，并可通過(guò)測(cè)試發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)流查看。

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